宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的(de)证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的(de)有效证据(jù)。除(chú)了一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一(yī)种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更(gèng)远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可以解(jiě)释这(zhè)个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之(zhī)一。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的(de)观(guān)测者之间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上(shàng)它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经提出了(le)数十(shí)种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行(xíng)移动，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银(yín)河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质(zhì)流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗物质(zhì)所存在(zài)的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无(wú)法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关键的(de)用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通(tōng)过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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